(57)【要約】【課題】  簡易な構成で、容易に且つ低コストで微細な被加工部材に加工ができるマイクロ加工装置を提供することにある。【解決手段】  電力印加により伸縮し、被加工部材の少なくとも一面に接触して伸縮により押圧力を付与する複数の伸縮部材４と、伸縮部材４に供給する電力を制御する電極部材６と、伸縮部材間に設けて各伸縮部材４を電気的に独立化する絶縁部材１とを備え、被加工部材５を伸縮部材４の押圧力により所定形状に加工すること。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力印加により伸縮し、被加工部材の少なくとも一面に接触して伸縮により押圧力を付与する複数の伸縮部材と、伸縮部材に供給する電力を制御する電極部材と、伸縮部材間に設けて各伸縮部材を電気的に独立化する絶縁部材とを備え、被加工部材を伸縮部材の押圧力により所定形状に加工することを特徴とするマイクロ加工装置。
【請求項２】
被加工部材の変形最小ブロック単位に対応させて、各伸縮部材を複数配置して、被加工部材を任意の三次元形状に加工することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ加工装置。
【請求項３】
各伸縮部材は格子状、同心円状、螺旋状うちのいずれひとつ若しくは２つ以上の組み合わせとしてあることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロ加工装置。
【請求項４】
被加工部材の外周端には、被加工部材の伸びを規制する応力付与部材が設けてあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロ加工装置。
【請求項５】
被加工部材は、Ni-Ti合金、Cu-Al-Ni合金或いはCu-Au-Zn合金であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマイクロ加工装置。
【請求項６】
電極部材はマトリクス状であり、各伸縮部材はマトリクス状の各電極部分と一体化されかつ個別信号により駆動可能であり、マトリックスの各電極部分から電力の供給を受けて個別に独立伸縮することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマイクロ加工装置。
【請求項７】
被加工部材は、予め設けた複数の微細孔に原材料を埋設・乾燥・積層・組織の構造化のための処理を繰り返して形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のマイクロ加工装置。
【請求項８】
原材料の埋設・乾燥処理を超臨界ＣＯ2雰囲気中且つ強制電場中で実施することを特徴とする請求項７に記載のマイクロ加工装置。
【請求項９】
応力付与部材は、被加工部材の外周に設けて、被加工部材を所定形状に創生した後に被加工部材に張力を付与することを特徴とする請求項４に記載のマイクロ加工装置。
【請求項１０】
各伸縮部材及び電極部材を脱着自在に取り付けてあることを特徴とする請求項２乃至９のいずれか一項に記載のマイクロ加工装置。
【請求項１１】
被加工部材の表裏に伸縮部材及び電極部材設けたことを特徴とする請求２乃至１０のいずれか一項に記載のマイクロ加工装置。
【請求項１２】
被加工部材は金属、樹脂あるいはガラス製の中間製品若しくは最終製品を加工することを特徴とする請求１乃至１１のいずれか一項に記載のマイクロ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密製品を加工するマイクロ加工装置に関し、特に、μｍ（マイクロメータ）オーダからｍｍ（ミリメートル）オーダの被加工部材に表面加工を施すことができるマイクロ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の加工技術として、特許文献１には、親水性ポリマーと疎水性ポリマーとを交互に重ねてマスキングし、電解液に浸してキャビティを形成し、次いでキャビティに金属を電鋳させた後、樹脂材を除去して金属製微細構造物を製造することが開示されている。
【０００３】
また、特許文献２にはプレス成形機により金型間に挟んだ薄板状の被加工物を加熱、冷却しつつ順次積層する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特公平８−２５９８号公報
【特許文献２】特開平５−１２３７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１及び２はいずれもμオーダからｍｍオーダの加工を施すことができるものではない。
【０００６】
これに対して、近年、世界的に次世代デバイス技術としてmm程度と微細な領域を対象にしたものにおいて、様々な形態があるが、歯車、軸、バネ、レバＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）の早期立ち上げが叫ばれている。
【０００７】
このような要求において、システムサイズが100μｍ〜100mmなど従来部品の微細化と組み立てにより実現する方式がある。しかしながら面加工をおこなうための工具並びに装置の小型化が必須であり、試作コストは高額になる傾向がある。
【０００８】
特に、安価で簡便な装置で、光学素子やそれに付随する関連部材の超微細加工を可能にする技術が望まれている。これは、自由に表面形状を創成する機構の提供は学会ならびに産業界に有益である。例えば、該機構を搭載した成形型や鋳型や金属加工装置（曲げ、絞りなど）があれば開発スピ−ドｕｐやコストダウンの面で多大な効果が期待できる。
【０００９】
また、試作ステップでの高額な加工費（型の修正）を不要とする。マイクロ加工装置の提供は極めて有用であると考えられる。
【００１０】
特に、マイクロ型（ガラス、プラスチック）の修正レス、マイクロレンズの修正レス、マイクロ機構部品の修正レスなどの分野では技術開発速度をますます加速したい状況にある。
【００１１】
そこで、本発明は、簡易な構成で、容易に且つ低コストで微細な被加工部材に加工ができるマイクロ加工装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、電力印加により伸縮し、被加工部材の少なくとも一面に接触して伸縮により押圧力を付与する複数の伸縮部材と、伸縮部材に供給する電力を制御する電極部材と、伸縮部材間に設けて各伸縮部材を電気的に独立化する絶縁部材とを備え、被加工部材を伸縮部材の押圧力により所定形状に加工することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、被加工部材の変形最小ブロック単位に対応させて、各伸縮部材を複数配置して、被加工部材を任意の三次元形状に加工することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、各伸縮部材は格子状、同心円状、螺旋状うちのいずれひとつ若しくは２つ以上の組み合わせとしてあることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、被加工部材の外周端には、被加工部材の伸びを規制する応力付与部材が設けてあることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、被加工部材は、Ni-Ti合金、Cu-Al-Ni合金或いはCu-Au-Zn合金であることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、電極部材はマトリクス状であり、各伸縮部材はマトリクス状の各電極部分と一体化されかつ個別信号により駆動可能であり、マトリックスの各電極部分から電力の供給を受けて個別に独立伸縮することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発明において、被加工部材は、予め設けた複数の微細孔に原材料を埋設・乾燥・積層・組織の構造化のための処理を繰り返して形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項７項に記載の発明において、原材料の埋設・乾燥処理を超臨界ＣＯ2雰囲気中且つ強制電場中で実施することを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項４項に記載の発明において、応力付与部材は、被加工部材の外周に設けて、被加工部材を所定形状に創生した後に被加工部材に張力を付与することを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項２〜９のいずれか一項に記載の発明において、各伸縮部材及び電極部材を脱着自在に取り付けてあることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の発明において、被加工部材の表裏に伸縮部材及び電極部材設けたことを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発明において、被加工部材は金属、樹脂あるいはガラス製の中間製品若しくは最終製品を加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１に記載の発明によれば、簡易な構成で、様々な表面形状を自由にかつ可逆的に創成可能であり、特に、微細加工品の製作からＭＥＭＳ分野まで応用は多岐にわたり貢献できる。被加工部材としての歩合高分子材料、金属材料、ガラスやセラミックス等の表面形状を自在につくることを可能とした。また、被加工部材を型として利用する場合、型の修正や新規製作が不要となり大幅なコスト軽減が図れるとともに環境負荷の低減も図れる。
【００２５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、表面形状の範囲を二次元や三次元構造等（面積、高さ、段差など）を自在に選択可能であり、応用範囲が広がる。
【００２６】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、直線主体とか曲線主体とか、急勾配などといった観点からの、狙いの表面形状に適した変形要素（メッシュ）の設計が自在に行え被加工部材を加工する形状精度の向上が図れる。
【００２７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、伸縮部材の発生エネルギ−を効率良く加工に使うことが出来ると共に、細かな加工制御が可能になるのでコンピュ−タシミュレ−ション結果による材料力学挙動を信頼性高く反映することができる。
【００２８】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、被加工材料の表面創成限界（伸び量）を大幅に向上出来、しかも残留歪みを回避できるので可逆的な加工制御が可能である。
【００２９】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、各伸縮部材を個別に制御することで、局部的な形状補正を適宜、自由に行えるので、表面創成機能の自由度が向上できる。
【００３０】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、市販のピエゾ素子を使用する必要がないので、用途に応じた新規で設計面で制約の少ない伸縮部材を製作可能である。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、従来よりも格段に緻密な素子を製作可能になり剛性の向上、ストロ−クの増大が図れ、発明の機能向上が図れる。
【００３２】
請求項９に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、応力付与部材により外周部より更に張力を付与することでフ−プ応力を発生させ、伸縮部材以外の新たな外力に抗する強度を与え、形状維持能力向上を図ることができるので、新たな外部応力に対向可能な構成が提供でき、応用範囲が広がる。また、膜応力を利用するので、加工領域の側面に配置可能なので設計の制約が軽減できる。
【００３３】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項２〜９のいずれか一項に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、電極・伸縮部材を適切な位置関係に配列した後に最表面部材を固定並びに脱着可能な接合方式を用いることで複数のアプリケ−ションに対応可能となるから、多品種対応可能となった。
【００３４】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、立体形状への対応性が向上する。
【００３５】
請求項１２に記載の発明によれば、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、中間製品もしくは最終製品を加工試作ならびに生産することにより、従来、ＭＥＭＳでは微細加工法からの制約でＳｉをベ−スとした構造体が多かったが、本発明により材料制限が大幅に緩和され工業面での貢献が高まめることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明は、ひとつの機構又は装置で被加工部材に様々な表面形状を創成することである。図１に示したように被加工部材５が平面、波形面、凹面、矩形面など相互に自在に形を変化させることが出来れば、その応用範囲は多岐にわたると考えられる。この図では各例は外周端が固定という前提条件で検討することにした。即ち材料力学モデルシュミレ−ション結果（例：有限要素法など）で得られた適切な面外応力分布と個々の加重（Ｚ方向）を制御することで面内応力(X-Y方向)を発生させる。固定長さは一定なので歪みはZ軸方向に反映され凹凸が形成される。この構造体の最表面材料（被加工部材）５が自由にかつ可逆的に変形（伸縮）し、永久歪みを残留させない工夫が必須である。
【００３７】
特に、矩形面を形成時はコ−ナ部の歪み量は膨大（通常は塑性変形加工の領域）であるが、弾性変形領域で取り扱うための各種工夫が必要になる。
【００３８】
本発明では基本思想として、面サイズは制約しない。即ち、通常の部品〔機械、光学、電気〕に要求されるmmオ−ダよりも更に微細な領域にも適用可能たらしめるべく検討された。
【００３９】
具体的な対象の１例として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）の歯車、軸、バネ、レバ−、アクチュエ−タ部材を製造技術が挙げられる。
【００４０】
自由に表面形状を創成する機構の提供は学会ならびに産業界に有益である。
例えば、該機構を搭載した成形型や鋳型や金属加工装置（曲げ、絞りなど）があれば開発スピ−ドｕｐやコストダウンの面で多大な効果が期待できる。
【００４１】
図２で本発明の機構原理を説明する。格子状もしくは同心円上に形成されたマトリックス電極部材２上に伸縮部材４が、通電可能かつ個別に制御信号をあたえるべく配置されている。この配列パタ−ンの選定は、直線主体とか曲線主体とか、急勾配などといった観点から行われ、狙いの表面形状に適した変形要素（メッシュ）の設計が自在に行え形状精度の向上が図れる。
【００４２】
伸縮部材４の上端と表面部材（被加工部材）５は化学的もしくは物理的な結合力で一体化されている。基板（絶縁部材）１は絶縁性維持ならびに構造体の剛性を確保する役目を有する。
表面部材５は構造体全体の共通ア−スの役目を有する。
【００４３】
伸縮部材４の駆動原理は磁歪、電歪、熱膨張収縮などいずれでも適用可能である。図２では、左右の伸縮部材の高さの差を利用して表面材に傾斜を発生させている。
【００４４】
この機構を２次元的に展開していけば無限の広がりで表面形状の創成が可能になる。更に、創成できる表面形状の範囲（X-Y投影面形状、高さ、段差など）を自在に選択可能にし、応用範囲が広がる。
【００４５】
しかしながら、現実的には伸縮部材４の最大変形量や表面部材の弾性範囲の歪み量などでZ方向の制約を受ける。図２の構成をＺ方向にも積層することで、更なる性能アップも図れる。
【００４６】
図６でマイクロ加工装置７及びその作成の概略工程を説明し、順次、図７〜図１１で各工程の詳細説明を行う。次に図３、４，５、12で応用例を示す。
【００４７】
図６では、（ａ）平滑な表面を有する基板１（シリコン、ガラス、ドライフィルムなど）にポジレジスト（例：フォト型／東京応化製OMR800、電子線型／日本ゼオン社製ZEP520、等）を形成する。（ｂ）最終形状に応じて、所定の穴径、幅、間隔、長さなどの描画パラメ−タを設定し露光を実施する。露光部が現像液で溶解されてマスク部が形成される。
【００４８】
マスクの開口部に対して基板材質に応じたにエッチング処理を行い基板内部に開口部を形成する。図示の基板底部の除去のタイミングはエッチング時に実施しても、伸縮素子（伸縮部材）形成後のいずれでも構わない。基板底部の除去は、素子と電極をコンタクトさせるための準備工程である。図中３段目の工程（ｃ）は、開口部に伸縮素子４を形成したのちに接合補助層３を設け最表面層材（被加工部材）５を接合することを示した。
【００４９】
この工程で、伸縮素子４の最大変形量を決定する初期長さL０（図７）と最表面層の形状制御範囲（ストロ−ク量）を決定するLe（図７）の値が決まってしまうので、適用対象に応じて設計しておく必要がある。図7中最下段は、別途製作しておいたマトリクス電極６と上記の構造体を接合が完了した状態を示す。
【００５０】
開口処理は、上述した方法以外にレンズ集光されたフェムト秒レ−ザで直接基板を加工することも可能である。特にこの方式は条件設定により加工深さを制御できる長所を有している。
【００５１】
以上までの概略の工程に関して説明を加えていく。
【００５２】
（１−１）伸縮素子材料（伸縮部材４）に関して：近年、圧電・焦電素子とよばれる電気エネルギ−を機械的エネルギ−に変換する原理で伸縮機能を有する材料は種々ある。一般的に、圧電・焦電素子とよばれる材料群である。大別すると以下のようである。
【００５３】
（Ａ）高分子系材料：人工筋肉研究に代表される導電性高分子の例で明らかなように、電解質溶液中で電気化学的刺激を与えることによって寸法が変化することが知られている。ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やフッ化ビニリデン／トリフルオロオチレン共重合体(VDF/TrFE)が代表例である。これらは体積変化は5〜40%を示すものが多いが、エネルギ−効率が2%程度と低い。また、軟質材が多く、剛性を必要とする本発明には余り好ましくないと判断した。
【００５４】
（Ｂ）無機系材料：ピエゾ素子に代表される材料系で、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)やチタン酸バリウム（BaTiO3）、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などがある。これらは原材料混練からスラリ−化、焼結工法で作成されている。ミクロなサイズの構造体にこの製法を適用すべく鋭意検討した結果、ｍｍオ−ダ〜数十μｍオ−ダの素子を作成可能であることが判り本発明で採用することにした。
【００５５】
剛性や耐環境（雰囲気）の面では十分である。
【００５６】
（１−２）伸縮素子作成方法に関して：焼結工程の前に基板１の開口部に原材料のスラリ−もしくは混合粉体を注入する方法が一般的である。本発明では、従来方式以外にも微細化を意図して新たな工法を提案した。図８はｍｍオ−ダの伸縮素子（伸縮部材）４の製作の図である。スラリ−を使う工程では乾燥処理後に焼結する。
【００５７】
ピエゾ素子に代表される材料系であるニオブ酸リチウム(LiNbO3)やチタン酸バリウム（BaTiO3）、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の製作は積層タイプが主流である。図８の工程２は層１〜ｎまでを原材料の埋設・乾燥・焼結を繰り返しながら作り込んでいく様子を示した。従来のPZT素子ではφ10mm〜φ50mmの棒状品が通例だが、本発明のようにMEMS用に適用する場合にはφ1mmオ−ダの素子を作成していく必要がある。従って、従来に比べて基板の開口部径は極端に小さいが底までは深いと言う条件で十数ミクロンの混合粒子を密度高く充填する必要性が生まれる。そこで、本発明では図９に示した如く、超臨界CO2雰囲気の特性を利用することにした。
【００５８】
超臨界状態は液体と気体が共存する特殊な環境であり、物体界面の表面張力が限りなく零に近い、即ち極めて濡れ性が良く微細な空隙部にも物質が浸透していく性質を有している。温度３３℃で１０ＭＰａで実現される環境であることは周知の事実である。ＣＯ2は極性が小さいのでイオンを溶解しない。金属塩を溶解する水はＣＯ2と相溶性が悪い。そこで界面活性剤（例：ポリエチレンオキシド／ポリエチレンオキシドブロッコポリマ−）によるエマルジョン内に金属錯体イオンを閉じこめて電気化学的に移動・浸透させることにした。浸透完了後に所定の圧力に調整して気体状態に戻すと、電解液と界面活性剤が分離して回収できる。即ち乾燥工程が同時に行えるのである。
【００５９】
しかも、この方法は電鋳であり従来法では混合粉末（粒径１〜20μｍ）を充填し最終的な密度(g/cm3)を上げるべく加圧工程（圧力例：1.5ton/cm2）が必要であるが、本発明の方法は金属イオン移動による電着工法もしくは粉体そのものの浸透吸着作用を利用した工法なので、加圧することなく緻密な組織が得られる。
理論限界密度の8g/cm3に限りなく近づけることが出来る。
【００６０】
焼結処理は、図１０に示したように本発明ではコンピュ−タ制御された可動テ−ブルと加熱用レ−ザ１１と加圧ロ−ラ１２からなる装置で実施した。
【００６１】
本加熱用レ−ザ１１の代わりに、電気的に絶縁された状態で、エネルギ−効率の高い単一モ−ド空洞共振器を具備したマイクロ波加熱制御装置を用いることも可能である。この方法では材料内部からの自己発熱を利用するため短時間焼結並びに組織の微細化により強度の向上が図れる。原材料の粉末は市販品で約1μｍ程度であり、ｍｍオ−ダの部材作成には十分小さい。ペロブスカイト相を得るべく焼結温度は８００℃〜１０００℃が適当である。焼結現象は高温状態での粉末表面での有着現象なので温度管理だけでも完了できるが、密度の向上を図るべく図１０では加熱直後にロ−ラで加圧かつ所定の時間保温できる構成とした。容易に、約５〜８ｇ／ｃｍ２の密度が得られ、１００〜２００ＭＰａ／μm2強度が得られる。
【００６２】
加熱されない領域の粉末は簡単に除去できるので狙いのサイズ／パタ−ンの伸縮素子（伸縮部材）４を配置可能である。焼結後の表面平滑性向上と接合前処理としてマイクロ研磨処理の実施が好ましい。
【００６３】
伸縮素子（伸縮部材）４の変形ストロ−クは積層数に依存するが、一般的特性として（ａ）数10μｍまでの変位量を0.01μｍの精度で制御可能  （ｂ）応答速度10μｓ程度  （ｃ）発生力は400Kgf／ｃｍ２で本発明の様な使用条件では十分である。
（２）最表面層材料（被加工部材５）の選定：工程概略の箇所で前述した如く本発明では大変形にも拘わらず弾性変形領域を利用する必要があるためNi-Ti合金に代表される超弾性材料を採用した。本材料系は図１１に示す如く外部応力の付加、徐荷サイクルにおいて永久歪みを発生させないヒステリシカ−ブ特性を有する材料である。
【００６４】
市販の超弾性材料はAf点（オ−ステナイト変態終了）が室温以下の形状記憶材料である。Ni-Ti合金は携帯電話のアンテナなどにも使用されており柔らかさと可撓性は本発明のような用途には十分な機械特性を有している。
【００６５】
図１２は被加工部材５として薄い金属シ−トの曲げ加工の模式図である。図１３の如く任意の間隔と配列パタ−ンに従って並べられた複数の伸縮部材４に対して該表面部材（被加工部材）を接合した後に各伸縮部材４に伸び量に応じた電圧を印可する。
【００６６】
駆動源として、今回は市販のピエゾドライバ−の64ch／+150V／0.1A（エコ−電子製）を複数台を並列に使用した。しかも、前述した如く、伸縮素子の変形の一般的特性として（ａ）数10μｍまでの変位量を0.01μｍの精度で制御可能  （ｂ）応答速度10μｓ程度  （ｃ）発生力は400Kgf／ｃｍ２で本発明の様な使用条件では十分であった。
素子長さを長くすれば更に長いストロ−ク（10数ｍｍ以上）も可能である。
【００６７】
伸縮素子（伸縮部材４）と最表面部材（被加工部材５）の接合は半田や接着剤１３による完全接合で実施した。更に本機構の有効利用を図ろうとするならば、接着力可変材料の採用が好ましい。
【００６８】
市販の例では、ＵＶ照射効果を利用したダイシングシ−トや熱キュア−により接着力が変化する材料系が知られている。
【００６９】
図１２の下側の三角パタ−ンが伸縮部材４である。単純に流し込むだけの応用例ならばこれで十分機能を発揮できる。しかし加圧力が加わるケ−ス、即ち金属シ−トの曲げや射出成形などの場合は被加工物５からの反力（抗力）を受け、伸縮部材４で支持されていない箇所では両者の力のバランスをとるべく新たな変形が生じる恐れがある。そこで本発明では、図１２の様に表面材の外周端に応力付与部材（外周固定部材）８を設け、十分な張力を付与しフ−プ応力を発生せしめ反力に耐える構造にすることにした。これに依って狙いの表面形状をそのまま維持しながら加工が完了出来るようになった。
【００７０】
図１６は本発明での形状創成システムのフローチャート、即ち、図２に示す原理図の伸縮部材４の変位をいかなる過程で決定し、所望の制御信号を与えるかを説明したものである。ピエゾ素子（伸縮部材４）に対する電圧供給部と材料力学的な変形シュミレ−ションのインタ−フェ−スに関しての説明である。
【００７１】
有限要素法で変形計算を実施するためには、図１４の如く、表面部材（被加工部材５）での格子状メッシュの定義ならびに駆動すべき伸縮部材４の最適な配列座標を設定する必要がある。図１５に示したように、最終目標形状がほぼ矩形であっても肩部のＲ形状が異なる場合は、作用点として駆動すべき伸縮部材４が３点(上図（ａ）)から９点（下図（ｂ））のほうが適正条件であることを変形計算時にシュミレ−トする必要がある。図１５での櫛歯状の図は伸縮部材４の配列を示したものである。目標形状に応じて部材の選定と個々の変形量（駆動電圧）を求め、指令情報として与えるものである。
【００７２】
図１６の説明、図１６はマイクロ加工装置による加工フローチャートであり、まず、目標形状（3次元座標）（X1,Y1,Z1）〜（Xｎ,Yｎ,Zｎ）を設定する。これは変形計算の最小単位であるメッシュ情報である。伸縮部材配列よりも遥かに細かなサイズで定義される。これに対して、材料力学的シュミレーション部（FEM）では伸縮部材配置情報、電圧制御情報（X１1,Y１1,V11）〜（Xｍｍ,Yｍｍ，Vmm）を用いて計算を行う。ここでＶｍｍは伸縮部材のＺ方向の伸び量を意味する。伸縮部材の接触形状に違いは計算結果に影響を与えることは明らかである。
【００７３】
計算パラメ−タを変更させながら、目標形状とシュミレーション形状の比較をＮ回繰り返して、最適条件を求めていく手順をとる。両者の差が最小値をとることが確認された後、制御信号として採用する。この値をピエゾの制御回路に入力していく。この場合、駆動信号の時間的なずれも利用して円滑な材料変形を達成していく方法をとる。これらの実績は蓄積され新たなケ−スに流用可能とする。
【００７４】
次に、具体的実施例について説明する。
【００７５】
[実施例１]  図３に示す様に、被加工部材５としてガラスモ−ルド或いは樹脂モ−ルド形状を微調することで最適な光学特性が得られる形状を絞り込んで行くことが可能である。従来ならば、型に修正を加えるか、別々に製作する必要がありコストと手間がかかる作業であった。
【００７６】
このケ−スでは被加工部材５として、レンズのR(mm)を修正を修正する最小分解能が問われる。
【００７７】
最表面部材（被加工部材）５がNi-Ti合金（厚み0.1mm）で且つサイズがφ100μｍ／長さ50mmであるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を配置することで、ポリカ−ボネイト或いはCOP（シプロオレフィンポリマ−製マイクロレンズで公称厚み1mmで直径5mm、曲面R50mmの試作工程に於いて最小2μｍ単位で修正を加えていくことができた。
【００７８】
[実施例２]  図４で示す如く、表面創成部材（被加工部材５）とカバ−部材１５と側壁１７で形成されたキャビティ−内に樹脂材（充填材１９）を注入して所望の樹脂品を製作するものである。加熱機構を付加すれば熱可塑性樹脂が取り扱える。また、カバ−部材１５として石英ガラスを選択すればUV硬化樹脂が取り扱える。さらに、保温・冷却機構を付加すればガラスモ−ルドとしても使用可能である。充填材１９は基本形が平面シ−ト、変形１（中段）では中心部に突起を設けたシ−ト、変形２（下段）では微細な凹凸が配置された拡散板のような形状のシ−トが得られる。
【００７９】
最表面部材（被加工部材５）がNi-Ti合金（厚み0.1mm）で且つサイズがφ50μｍ／長さ50mmであるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を配置することで、UV硬化樹脂材を用いて変形２で示した0.1mmピッチで5μｍ〜15μｍのV溝が多数配列された拡散板の樹脂基板を製作することが出来た。
【００８０】
[実施例３]  図５はMEMSの中に組み込まれる支持部材あるいはケ−シング部材を想定した形状である。円盤型金属シ−ト（被加工部材５）を段付き断面に加工出来る。これは、フォトリソグラフィ−技術の流用により、本発明の機構部材が容易にミクロンメ−タオ−ダのサイズで製作可能であるからである。微細なピッチでの加工点群を配置することで実現出来た例である。
【００８１】
最表面部材（被加工部材５）がNi-Ti合金（厚み0.2mm）とサイズがφ1mm／長さ75mmであるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を配置することで、厚み0.5mmの銅シ−トから直径20mmで高さ1mm、中間段差0.5mmの断面形状を有するケ−シング部材を製作することが出来た。
【００８２】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本実施の形態にかかる被加工部材の可逆的な加工を概念的に示す斜視図である。
【図２】本実施の形態にかかる加工装置の原理を示す概略図である。
【図３】実施例１により被加工部材の加工例を示す断面図である。
【図４】実施例２による被加工部材の加工例を示す断面図である。
【図５】実施例３による被加工部材の加工例を示す断面図である。
【図６】被加工部材の加工工程を示す概略工程図である。
【図７】被加工部材の加工方法を説明する概念図である。
【図８】伸縮部材の製造例を示す工程図である。
【図９】伸縮部材の他の製造例を示す構成図である。
【図１０】伸縮部材の組み込み方法を概念的に示す斜視図である。
【図１１】被加工部材の材料特性を示すグラフであり、（ａ）は通常の金属、（ｂ）は超弾性合金の場合を示すグラフである。
【図１２】被加工部材の加工原理を概念的に示す断面図である。
【図１３】加工装置の一部を示す斜視図である。
【図１４】伸縮部材の最適な配列座標を説明する座標図である。
【図１５】伸縮部材の配列と被加工部材の加工状態を説明する図である。
【図１６】被加装置の設定を行うためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
１    基板（絶縁部材）
４    伸縮部材
５    表面部材（被加工部材）
６    マトリックス電極（電極部材）
７    マイクロ加工装置
８    応力付与部材（外周固定部材）
【図１５】
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【図１６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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